操作系统第三版（孟庆昌）第一章习题答案

操作系统第三版（孟庆昌）第⼀章习题答案
1. 计算机系统主要由哪些部分组成？
计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。

硬件系统主要由中央处理器、存储器、输⼊输出控制系统和各种外部设备组成。

软件分为系统软件、⽀撑软件和应⽤软件。

系统软件由操作系统、实⽤程序、编译程序等组成。

⽀撑软件有接⼝软件、⼯具软件、环境数据库等，它能⽀持⽤机的环境，提供软件研制⼯具。

⽀撑软件也可认为是系统软件的⼀部分。

应⽤软件是⽤户按其需要⾃⾏编写的专⽤程序，它借助系统软件和⽀援软件来运⾏，是软件系统的最外层。

2. 什么是操作系统（OS）？它的主要功能是什么？
操作系统是管理计算机硬件与软件资源的计算机程序，同时也是计算机系统的内核与基⽯。

操作系统需要处理如管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输⼊与输
出设备、操作⽹络与管理⽂件系统等基本事务，提供⼀个让⽤户与系统交互的操作界⾯。

操作系统的功能有：
进程管理：中央处理器，在宏内核的情况下多进程只是简单迅速地切换各进程，让每个进程都能够运⾏，在多内核或多处理器的情况下，所有进程透过许多协同技术在各处理器或内核上转换。

内存管理：有许多进程存储于记忆设备上，操作系统必须防⽌它们互相⼲扰对⽅的存储器内容，除⾮透过某些协议在可控制的范围下操作，并限制可访问的存储器范围。

⽂件系统：通常指称管理磁盘数据的系统，可将数据以⽬录或⽂件的型式存储。

每个⽂件系统都有⾃⼰的特殊格式与功能，例如⽇志管理或不需磁盘重整。

⽹络通信：操作系统都具备操作主流⽹上通信协议TCP/IP的能⼒，可以进⼊⽹上世界，并且与其他系统分享诸如⽂件、打印机与扫描仪等资源。

安全机制：操作系统提供外界直接或间接访问数种资源的管道，并有能⼒认证资源访问的请求。

⽤户界⾯：操作系统允许⽤户安装或创造任何他们喜欢的图形⽤户界⾯，改变诸如菜单风格或颜⾊配置等部分。

驱动程序：操作系统通常会主动制订每种设备该有的操作⽅式，⽽驱动程序功能则是将那些操作系统制订的⾏为描述，转译为可让设备了解的⾃定义操作⼿法。

3. 在计算机系统中操作系统处于什么地位？
操作系统在计算机系统中占有特殊重要的位置，所有其他软件都建⽴在操作系统基础上，并得到其⽀持和服务﹔操作系统是⽀撑各种应⽤软件的平添。

⽤户利⽤操作系统提供的
命令和服务操纵和使⽤计算机。

可见，操作系统实际上是⼀个计算机系统硬件、软件资源的总指挥部。

操作系统的性能决定了计算机系统的安全性和可靠性。

4. 何谓脱机I/O和联机I/O？
脱机IO：事先将装有⽤户程序和数据的纸带装⼊纸带输⼊机，在⼀台外围机的控制下，把纸带上的数据输⼊到磁带上。

当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上⾼速地调⼊内存。

该⽅式下的输⼊输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进⾏的。

联机IO：在主机的直接控制下进⾏输⼊/输出的⽅式，称为联机输⼊/输出（On-Line I/O）⽅式。

是指作业的输⼊、调⼊内存及结果输出都在cpu直接控制下进⾏。

5. 推动操作系统形成和发展的主要动⼒是什么？
为了进⼀步提⾼系统的资源利⽤率和吞吐量。

⽅便⽤户。

6. 操作系统主要有哪5种基本类型？各有什么特点？
实时，分时，批处理，⽹络，分布式操作系统
7. 操作系统的基本特征是什么？
并发性：是在计算机系统中同时存在多个程序，宏观上看，这些程序是同时向前推进的。

在单CPU上，这些并发执⾏的程序是交替在CPU上运⾏的。

程序并发性体现在两个⽅⾯：⽤户程序与⽤户程序之间的并发执⾏。

⽤户程序与操作系统程序之间的并发。

共享性：资源共享是操作系统程序和多个⽤户程序共⽤系统中的资源。

随机性：操作系统的运⾏是在⼀个随机的环境中，⼀个设备可能在任何时间向处理机发出中断请求，系统⽆法知道运⾏着的程序会在什么时候做什么事情。

虚拟（virtual）是指通过技术将⼀个物理实体变成若⼲个逻辑上的对应物。

在操作系统中虚拟的实现主要是通过分时的使⽤⽅法。

显然，如果n是某⼀个物理设备所对应的虚拟逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的1/n。

异步性：即不确定性。

同⼀程序和数据的多次运⾏可能得到不同的结果；程序的运⾏时间、运⾏顺序也具有不确定性；外部输⼊的请求、运⾏故障发⽣的时间难以预测。

这些都是不确定性的表现。

8. 解释以下术语：硬件、软件、多道程序设计、并⾏、并发、吞吐量、分时、实时、系统调⽤。

硬件——是指计算机物理装置本⾝，它是计算机系统的物理基础。

如CPU、内存、设备等。

软件——是相对硬件⽽⾔的，它是与数据处理系统的操作有关的计算机程序、过程、规则及相关⽂档资料的总称。

简单地说，软件是计算机执⾏的程序。

多道程序设计——在这种设计技术下，内存中能同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执⾏。

这些作业共享CPU和系统中的其他资源。

并发——是指两个或多个活动在同⼀给定的时间间隔中进⾏。

它是宏观上的概念。

吞吐量——在⼀段给定的时间内，计算机所能完成的总⼯作量。

分时——就是对时间的共享。

在分时系统中,分时主要是指若⼲并发程序对CPU时间的共享。

实时——表⽰“及时”或“即时”。

系统调⽤——是⽤户在程序中能以“函数调⽤”形式调⽤的、由操作系统提供的⼦功能的集合。

每⼀个⼦功能称做⼀条系统调⽤命令。

它是操作系统对外的接⼝，是⽤户级程序取得操作系统服务的唯⼀途径。

9. 操作系统⼀般为⽤户提供哪三种接⼝？
程序接⼝、命令⾏接⼝、图形化接⼝
10. 你熟悉哪些操作系统？想⼀想：在上机操作过程中，操作系统怎样为⽤户提供服务？
通常，⼤家会熟悉以下操作系统：Windows 2000，Windows XP，UNIX或Linux。

在上机⼯作过程中，操作系统为⽤户提供的服务包括：命令和数据输⼊/输出的管理，内存的分配，⽤户⽂件的管理，CPU的分配，设备管理等。

11. 叙述操作系统在资源管理⽅⾯的各种功能。

处理机管理计算机系统中最重要的资源是中央处理机，任何计算都必须在CPU上运⾏。

在处理机管理中最核⼼的问题是CPU时间的分配，这涉及分配的策略和⽅法。

处理机管理的功能如下：
确定进程调度的策略。

给出进程调度算法。

进⾏处理机分派。

存储器管理计算机系统中另⼀个重要的资源是主存，任何程序的执⾏都必须从主存中获取数据信息。

现代操作系统⾮常重视主存的存储调度和处理机调度的结合，在主存分配时，将程序中当前最需要的分布调⼊主存，这样这部分程序马上可以投⼊运⾏。

即只有当程序在主存时，它才有可能到处理机上执⾏，⽽且仅当它可以到处理机上运⾏时才把它调⼊主存，这种调度能实现最⼤化的主存使⽤。

现代计算机系统的存储管理具备以下功能。

存储分配和存储⽆关性
存储保护
存储扩充
设备管理现代操作系统的设备管理主要解决以下问题
设备⽆关性
设备分配
设备的传输控制
⽂件系统⽂件系统（也就是软件资源管理）要解决的问题是，为⽤户提供⼀种简便的，统⼀的存取和管理信息的⽅法，并要解决信息的共享、数据的存取控制和保密等问题。

具体⽽⾔⽂件系统要实现⽤户的信息组织、提供存取⽅法、实现⽂件的共享和⽂件安全，还要保证⽂件的完整性，完成磁盘空间分配任务。

12. 什么是处理机的核⼼态和⽤户态？为什么要设置这两种不同的状态？
当执⾏操作系统程序时，处理机处于核⼼态。

它有较⾼的特权，可以执⾏所有的指令，包括⼀般⽤户程序中不能使⽤的特权指令，从⽽能对所有寄存器和内存进⾏访问、启动I/O操作等。

⽤户程序是在⽤户态下执⾏，它的权限较低，只能执⾏指令集中⾮特权指令。

设置这两种不同状态的⽬的是为了保护操作系统程序（特别是其内核部分)，防⽌受到⽤户程序的损害。

13. 下列哪些指令应该只在核⼼态下执⾏？
①屏蔽所有中断
②读时钟⽇期
③设置时钟⽇期
④改变指令地址寄存器的内容
⑤启动打印机
⑥清内存
只在核⼼态下执⾏的指令有:①屏蔽所有中断。

③设置时钟⽇期。

⑤启动打印机。

⑥清内存。

14. 设计实时操作系统必须⾸先考虑的因素是什么？
实时系统的⼀个重要特征就是对时间的严格限制和要求。

实时系统的⾸要住务是调度⼀切可利⽤的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提⾼计算机系统的使⽤效率。

所以，设计实时操作系统必须⾸先考虑处理各种事件的时间限制。

15. 试说明特权指令和系统调⽤之间的区别和联系？
特权指令是⼀类只能在核⼼态下执⾏的机器指令。

⽽系统调⽤不是机器指令，它往往以函数调⽤的形式出现，实现操作系统提供的⼦功能，它是操作系统与⽤户的编程接⼝。

在⽤户程序中可以使⽤系统调⽤来获得操作系统服务。

在系统调⽤代码中可以使⽤特权指令。